韦伯的超级地球新发现：距离我们只有48光年的潜在宜居世界

一个天文学家小组对温带系外行星LHS 1140 b 有了令人兴奋的发现：它可能是一颗覆盖着冰或水的"超级地球"。LHS 1140 b曾被认为是一颗小型海王星，现在根据詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据，它可能是一颗拥有富氮大气层的超级地球。它位于宜居带，可能具备有利于液态水的条件，因此成为未来天体生物学研究的重点。

温带系外行星LHS 1140 b可能是一个完全被冰覆盖的世界（左图），类似于木星的卫星欧罗巴，也可能是一个拥有液态亚星级海洋和多云大气层的冰雪世界（中图）。LHS 1140 b的大小是我们地球的1.7倍（右图），是目前在太阳系外寻找液态水的过程中发现的最有希望的宜居带系外行星。

系外行星 LHS 1140 b 刚被发现时，天文学家猜测它可能是一颗小型海王星。这意味着它基本上是一颗气态行星，但与海王星相比体积非常小。然而，在分析了詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）于2023年12月收集到的数据--结合之前其他太空望远镜（如斯皮策、哈勃和TESS）的数据--之后，科学家们得出了一个截然不同的结论。

LHS 1140 b位于距离地球约48光年的鲸鱼座，似乎是其恒星宜居带中最有希望的系外行星之一，可能蕴藏着大气层甚至液态水海洋。蒙特利尔大学天文学家的这一发现结果可在 ArXiv 上查阅，并将很快发表在《天体物理学期刊通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。

作为迄今为止最先进的太空望远镜，詹姆斯-韦伯太空望远镜在系外行星研究方面表现出色。它的尖端技术可以让天文学家探测遥远世界的大气层，分析它们的构成，评估它们支持生命的潜力。

LHS 1140 b 是一颗系外行星，围绕一颗低质量红矮星运行。这颗红矮星体积约为太阳的五分之一。LHS 1140 b是目前发现的距离太阳系最近的系外行星之一，位于恒星的宜居带内，因此吸引了科学家们的目光。在这个"宜居地带"发现的系外行星，其温度可以让水以液态形式存在--液态水是我们所知的地球生命的关键元素。

今年早些时候，由René Doyon教授指导的UdeM特罗蒂埃系外行星研究所（iREx）的博士生Charles Cadieux领导的研究人员报告了LHS 1140 b的新的质量和半径估计值，其精确度堪比著名的TRAPPIST-1行星：其大小是地球的 1.7 倍，质量是地球的 5.6 倍。Charles Cadieux 是特罗蒂埃系外行星研究所和蒙特利尔大学的博士生，也是这篇论文的第一作者。

René Doyon教授

关于 LHS 1140 b 的一个关键问题是，它究竟是一颗迷你海王星型系外行星（具有浓厚富氢大气层的小型气态巨行星），还是一颗超级地球（比地球大的岩质行星）。后一种情况包括所谓的"海洋世界"的可能性，它有一个全球液态海洋，被一个富氢大气层所包裹，会显示出明显的大气层信号，可以用强大的韦伯望远镜观测到。

通过激烈的竞争，该天文学家团队于去年12月获得了宝贵的"主任自由支配时间"（DDT），在此期间使用加拿大制造的NIRISS（近红外成像仪和无缝光谱仪）仪器观测了LHS 1140 b的两次凌日。该 DDT 计划是韦伯望远镜运行近两年来专门用于研究系外行星的第二个计划，凸显了这些发现的重要性和潜在影响。

对这些观测数据的分析有力地排除了迷你海王星的可能性，有诱人的证据表明系外行星LHS 1140 b是一颗超级地球，甚至可能有一个富含氮的大气层。如果这一结果得到证实，LHS 1140 b 将是人类发现的第一颗显示出二次大气层证据的温带行星，它是在行星最初形成之后形成的。

根据所有积累的数据进行的估算显示，LHS 1140 b 的密度低于类似地球成分的岩石行星的预期密度，这表明其质量的 10%到 20%可能是由水组成的。这一发现表明，LHS 1140 b 是一个引人注目的水世界，很可能类似于一颗雪球或冰雪行星，在亚恒星点有一个潜在的液态海洋，由于行星的预期同步自转（很像地球上的月球），行星表面的这一区域将始终朝向该系统的主恒星。

"在目前已知的所有温带系外行星中，LHS 1140 b很可能是我们有朝一日间接确认太阳系外的外星世界表面存在液态水的最佳选择，"新研究的第一作者卡迪厄（Cadieux）说。"这将是寻找潜在宜居系外行星的一个重要里程碑"。

虽然这还只是一个初步结果，但 LHS 1140 b 上富含氮的大气层的存在表明，这颗行星保留了大量的大气层，创造了可能支持液态水的条件。这一发现倾向于认为水世界/雪球设想是最合理的。

目前的模型表明，如果 LHS 1140 b 拥有类似地球的大气层，那么它将是一颗滚雪球般的行星，拥有一个直径约 4000 公里的巨大"牛眼"海洋，相当于大西洋表面积的一半。这个外星海洋中心的表面温度甚至可以达到舒适的 20摄氏度。

LHS 1140 b的潜在大气层和液态水的有利条件使其成为未来宜居性研究的一个特殊候选者。由于这颗行星位于恒星的宜居带，而且其大气层有可能保留热量并支持稳定的气候，因此它为研究一个可以支持生命的世界提供了一个独特的机会。

要确认LHS 1140 b大气层的存在和组成，并区分雪球行星和牛眼海洋行星两种情况，还需要进一步的观测。研究小组强调需要利用韦伯望远镜进行更多的凌日和日食测量，重点是一个可能揭示二氧化碳存在的特定信号。这一特征对于了解大气成分和探测潜在的温室气体至关重要，而温室气体可能预示着系外行星上的宜居条件。

Doyon说："在一颗温带行星上探测到类似地球的大气层是将韦伯望远镜的能力推向极限--这是可行的；我们只是需要大量的观测时间，目前关于富氮大气的提示需要更多的数据来证实。我们至少还需要一年的观测来确认 LHS 1140 b 是否有大气层，很可能还需要两三年的观测来探测二氧化碳。韦伯望远镜可能需要在数年内利用一切可能的机会观测这个系统，以确定LHS 1140 b是否具有宜居的表面条件。"他同时也是NIRISS仪器的首席研究员。他同时也是 NIRISS 仪器的首席研究员。

由于 LHS 1140 b 在韦伯望远镜中的能见度很有限（每年最多只能观测八次），天文学家将需要数年的观测才能探测到二氧化碳并确认该行星表面是否存在液态水。